钢柱筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架技术.pdf

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钢柱筒架交替支撑式液压爬升 整体钢平台模架技术* 龚 剑 佘逊克 1 . 上海建工集团股份有限公司 上海2 0 0 0 8 0 ;2 . 同济大学上海 黄玉林。 2 0 0 0 9 2 ;3 . 上海建工一建集团有限公司上海 2 0 0 1 2 0 摘要上海北外滩白玉兰广场高3 2 0 m的办公楼核心筒结构施工,采用了最新研发的钢柱筒架交替支撑式液压爬升整体 钢平台模板装备。该模板装备以工具式钢柱作为钢平台爬升时的支撑系统,有效地降低了施工成本 ;采用空中分体组 合的施工方法,解决了核心简伸臂桁架层的施工难题 ;采用外挂脚手架整体滑移的施工方法,解决 了核心筒翼墙多次 收分 的施工难题。为我国超高层建造施工技术积累 了经验。 关键词白玉兰广场办公楼施工 核心筒 钢平台模架 工具式钢柱 整体爬升 中图分类号T U 7 5 5 .2 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 - 0 0 4 7 0 4 T e c h n o l o g y o f Hy d r a u l ic Cli mb in g I n t e g r a l St e e l PI a 廿 b r m F o r mwo r k Alt e r n a t ely Su p p o r t e d b y St e e l Co l u mn s a n d Cy l i n d e r Ra c k s Go n g J i a n ’ 、 Sh e Xu n k e H u a n g Y u l i n 。 1 . S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n G r o u p C o . . L t d . S h a n g h a i 2 0 0 0 8 0 ; 2 . T o n g j i Un i v e r s i t y S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 3 .S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n N o . 1 Gr o u p C o . , L t d . S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0 Ab s t r a c t Th e c o n s t r u c t i o n o f t h e 3 2 0 . me t e r . h i g h c o r e t u b e i n No a h B u n d W h i t e Ma g n o l i a Pl a z a o ff i c e b u i l d i n g h a s a d op t e d t h e la t e s t s c a ff o l d a n d f o r mwor k e q u ip me n t o f h y d r a u l i c - h o i s t i n g i n t e gr a l s t e e l p la t f o r m, a lt e r n a t e l y s u p p o s e d b y s t e e I c o l u mn an d c a n n u l a r f r a me . Th is e q u i p me n t u s e s i n s t r u me n t a l s t e e l c o l u mn s a s s u p p os y s t e m wh e n h o i s t i n g t h e s t e eI p l a t f 0r m. an d h a s e ff e c t i v ely r e d u c e d t h e c o n s t r u c t ion c o s t .T h e me t h o d o f s ep ar a t i o n a n d c omb i n a t io n i n t h e a ir h a s b e e n a p p l i e d t o s o l v e t h e p r o b l e m o f c an t i le v e r t r u s s la v e r c on s t r u c t i o n in t h e c o r e t u b e . Th e a p p l i c a t i o n o f e x t e r n a l s c a ff o l d i n t e g r a l s l i p p i n g h a s s o l v e d t h e r e p e a t e d l y b a e r i n g o f t h e wi n g wa l1 . I t h a s p r o v id e d r i c h e x p e r i e n c e o f u l t r ah ig h s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n t e c h n o lo g y f o r o u r c o u n t . Ke y wor d s W h i t e Ma g n o l i a Pl a z a o f fi c e b u i l d i n g c o n s t r u c t ion c o r e t u b e s t e eI p l a tf o r m s c a ff o l d an d f o r mwo r k i n s t r u men t a I s t e e I c olu mn in t e gr a l h ois t i n g 0 引言 从上个世纪9 0 年代开始 ,我国的超高层建筑数量开始 不断增加 ,对超高层结构 的施工要求也越来越高。超高层 建筑常采用筒体结构形式,包括框架一核心筒结构、筒 中 筒结构等 ,其 中混凝土核 心筒的施工是超高层建筑建造 中 的关键技术难题 。由我公司自主研发的整体爬升钢平 台 模板装备 ,在此类高大竖向混凝 土结构施工中具有安全性 高、施工工期短、经济效益显著 的优势。在经历 了东方明 珠 电视塔、金茂大厦、环球金融中心、广州新电视塔等大 型工程的使用后 ,整体爬升钢平 台模板装备施工技术已日 注本项 目为上海市科委科技创新行动计划资助项目,编号 为 1 2 2 3 1 2 0 0 6 0 0 。 作者简介 龚 剑 1 9 6 0 一 ,男,博士, 教授级高级工程 师,集团总工程师。 通讯地址 上海市东大名路6 6 6 号 2 0 0 0 8 0 。 收稿日期 2 0 1 4 01 - 0 6 趋 成 熟。 在金茂 大厦 等工程的施工 中,使用 了一种钢柱 支撑 式整体爬升钢平 台模板装备,这种装备利用埋入混凝土核 心筒的钢柱作为支撑系统 ,具有施工周期短、安全可靠、 施工质量容 易控制等优点 。但实践发现 ,随着高度 的增 加,施T B t 埋设在核心筒混凝土内的钢柱用材较多 ,浪费 严重 ,经济优势不明显。针对这种情况 ,我公司最新研发 出一套 钢柱 筒架交替支撑式液压爬升整体 钢平 台模 板装 备,利用可以重复使用 的工具式钢柱作 为爬升 阶段的支撑 系统 ,可 以解决用材浪费的问题。这套模板装备 目前正应 用于上海北外滩 白玉兰广场项 目办公楼 的建造 中,收到 了 良好的效果。本文将详细介绍这套模板装备的组成、设计 以及成套施工技术。 1 工程概况 上海北外 滩 白玉兰广场项 目地 处虹 口区北 外滩沿黄 浦江地 区,工程 总用地面积约3 0 0 0 0 m ,总建筑面积约 2 01 4.1 Bu i l m I 曙 c。 n s t m c 戗。 n I 4 7 4 1万m ,包括1座高3 2 0 m的办公塔楼 图1,1 座 高 1 7 1 . 7 m的酒店塔楼和1 座高5 7 . 2 m的展馆 白玉兰馆 。 办公楼地下4层、地上6 6层 ,为框架一核心筒结构 ,主要 由钢筋混凝土核心筒 、外围钢框架、伸臂桁 架和楼层系统 构成。 图1上海北外滩 白玉兰广场效果图 核心筒位于整个结构的中心位置 ,高3 1 1 m。核 心筒 5 ~1 0 层平面布置如 图2 所 示。随着 高度 的增加 ,腹墙厚 度4 0 0 mm不变 ,翼墙地上部 分最大厚度 为1 3 0 0 mm,分 别在1 0 层、1 7 层 、2 8 层 、3 9 层4个位置 向内收分 ,经历 1 1 5 0 m m一1 0 0 0 mm - - , 8 0 0 mm,到达顶部的最小厚度为 6 0 0 mm。为了满足结构抗侧向力的需求 ,使核心筒结构 与外围钢结构具有强有力的连接 ,核心筒在3 4 3 6 层、6 5 6 6 层设置了2 道伸臂桁架层。 2工程特点与难点 a 核心筒结构超高。这对脚手模板体系的选型、垂 直运输能力、操作平 台的封闭性都提出了很高的要求。 b 核心筒外墙随着高度的增加需进行4次收分,故 需要对外挂脚手架进行专 门的设计 ,以适应墙体 收分的需 要 。 C 核心筒与外围钢结构间设置了2道伸臂桁架层 , 这给脚手模板体系的提升带来了很大的困难。 d 核心筒结构只有4个角部设置了劲性柱 ,所以脚 手模板体 系无法利用既有的结构柱进行整体爬升。 3 整体爬升钢平台模板装备的设计 根据本工程的特点与难点 ,我公司最新研 发了1套具 有 自主知识 产权的钢柱筒架交替支撑式整体爬升钢平 台 模板装备。该模板装备由五大系统组成 ,分别是钢平台系 统、外挂脚手架系统、模板系统、支撑 系统和动力系统, 模板装备的外观。 3 . 1 钢 平台系统设计 钢平 台系统在正常施工时处于整个体 系的顶 部 ,作 为施工人员的操作平 台及钢筋堆放场所 ,系统 由平台钢 梁、平 台盖板 、平 台围挡等构成 。平 台钢梁由Q3 4 5 型钢 H 4 0 0 mm2 0 0 mm8 mm1 3 mm组成 ,根据钢柱立柱 48l 建 筑 施 工第 3 6 卷第 l 期 位置、内外脚手架位置 、钢平 台的整体受力情况等因素布 置其位置。平台盖板作为操作平 台,由厚6 mm花纹钢板及 4 0 mm X 6 0 mm方管焊接而成 ,部分位置可采用可翻起式 钢板 ,在施工需要时可将该位置平台盖板翻起 ,方便材料 与施工器械 的运输。平台围挡是在钢平台的外周边一圈设 置的高2 m的挡板网,以防人、物等高空坠落。整个钢平台 外边缘距离核心筒剪力墙内壁1 4 0 0 mm,钢平台面积约为 7 2 0 m 。钢平台平面布置如图3 所示。 图2核心筒5 1 0 层 平面 图3钢平台平面布置 3 . 2 外挂脚手架系统设计 外挂脚 手架系统 以下简称外挂脚 手 以螺栓 固定 于钢平台钢梁的底部 ,随钢平 台同步爬升。外挂脚手由槽 钢、钢管组成框架,共6层 图4。上3层 为钢筋、模板 施工区 ,其高度为2 . 0 0 m/ 层 ,宽度为O . 9 O mi下3层为拆 模整修 区,其高度 为2 . 0 0 m/ 层 ,宽度 为O . 7 O m。脚手架边 缘距离墙体 内壁4 0 0 mm。上5 层 的走道板 由角钢框架加钢 板网组成 ,底层 的走道板 由角钢框架加花纹钢板组成。外 挂脚手的外侧用角钢框加镀锌彩钢板组成 的侧挡板封闭。 在外挂脚手的底部靠近混凝土墙体处设防坠闸板 ,爬升时 闸板松开,施工时闸板顶紧墙面,防止构件坠落。 随着高度 的增加 ,核心筒需要进行4次收分,因此外 挂脚手架需要实现整体移动 ,以保证 脚手架与墙体 的距 离 ,方便施工。因此 ,需要对外挂脚手架与平台钢梁的连 接节点进行特殊设计。为实现外挂脚手架的整体滑动 ,需 要在脚手架顶部与平 台钢梁连接 处设 置滑轮和限位装置 图5 。施工时松开限位装置 ,通过手拉葫芦拉动外挂脚 手向核心筒墙面靠近 ,到位后锁定限位装置,完成外挂脚 手的整体滑移。 滚 图4外挂脚手架 图5 外挂脚手架滑移装置 』 3 . 3模板系统设计 钢 平台模 板 系统 采用钢 框木模 。 钢 框木模 主要 由面 板、 竖肋、 围檩 、 对拉螺栓4 部 分组成。 面板采用2 1 mm X 1 2 2 0 mm X 2 4 4 0 mm维萨芬兰板 ;竖 肋采 用6 槽 钢 , 间距 ≤2 5 0 m m;围 檩 采 用双 拼 1 O 槽 钢 ,平 均 间 距 为7 O 0 m m ;对 拉螺 栓 采 用 1 6 m r n 高 强螺 杆 ,间距 ≤1 0 5 0 mm。每块模板上设置2个1 6 mm钢板吊耳,每个 吊耳用3 t 手动葫芦挂在钢平台钢梁 吊点耳板上 ,当钢筋绑 扎完成后 ,所有模板一起提升到位。 3 . 4 支撑系统设计 钢柱筒架交替支撑式整体爬升钢平 台模板装备的支撑 系统分为2 个部分 筒架支撑系统和工具式钢格构柱支撑系 统。正常使用状态下 ,筒架支撑系统作为支撑系统 ,其底 部牛腿作 为搁置钢平台的承重构件 ,钢平台及脚手架系统 的荷 载主要由内筒架的立柱传递到底部钢梁 ,再 由安装在 底部钢梁上的支撑牛腿传递到混凝土核心筒墙体上。钢平 台提升过程中,工具式钢格构柱支撑系统作为钢平 台的支 撑系统。 当油缸顶升钢平台,带动平 台及外挂脚手架系统 整体提升时 ,整个钢平台体 系的荷载经由钢格构柱直接传 递到混凝土核心筒墙体上。 3 . 4 . 1 筒架 支撑 系统设计 筒架支撑系统 图6 由安装在六宫格核心筒内的6个 独立的筒架部分组成 ,每个筒内安装4个支撑牛腿 ,在其 中2个筒架内设置1 部下挂6个标准层 的楼梯 ,该楼梯与垂 直人货两用电梯配合使用 ,完成施工人员和机具 的垂直运 输工作。全部筒架均安装在顶部钢平台钢梁下部。 筒架支撑 系统又分为内筒架和牛腿支撑系统2 部 分。 内筒架从项部钢平 台梁底到最底层钢梁共分为6层 ,其中 1 ~ 3 层为钢筋及模板施工段 ;6 层为牛腿支撑 系统所在层。 2~6 层 的层高均为2 0 0 0 mm,1 层的层高为2 0 5 0 mm。牛 腿 支撑 系统是 整个钢平 台体系正 常工作 时的主要受力构 件 ,是钢平 台设计 的关键部位。钢牛腿使用液压 系统完成 牛腿外伸与收缩动作,油缸行程4 3 0 mm,实现了牛腿动作 的全 自动化,安全可靠。 图6筒架支撑系统 3 . 4 . 2 工具式钢格 构柱 支撑 系统设计 工具式钢格构柱 既是钢平台提升时整个钢平台的支撑 构件 ,又是动力系统工作时的爬升导轨。工具式钢格构柱 支撑系统包括2 2根钢格构柱及其配套的钢平 台连接件和 上、下爬升靴。钢格构柱 由2 块厚1 6 mm、2 块厚2 0 mm的 Q 3 4 5 材质钢板焊接而成。其 中厚2 0 mm的钢板上沿其长度 方向每隔2 0 0 mm开1个9 O mm X 9 0 mm的孔洞用以搁置爬 升靴活络卡。 3 . 5液压动力及电气控制系统设计 动力设备由1套集 中控制系统 、4台液压泵站和2 2套 液压顶升油缸组成。其中每台液压泵站带动5 ~6 套液压顶 升油缸。液压油缸是项升钢平台的重要动力部件 ,固定在 钢格构柱两端。每根钢格构柱装有2套上、下爬升靴 ,每 套爬升靴配有1个项升油缸 ,可实现整个工作平台的整体 同步项升吲。 每根钢格构柱的2个油缸的速度由对应的脉宽调整阀 进行控制,通过控制阀打开的时间来控制对每个立柱的供 油量 ,从而控制爬升速度。每个立柱可以配备1个压力传 感器和1个位移传感器 ,用 以监测每个立柱的爬升位移和 所承受的反作用载荷。系统配有蓄能器和 自动卸荷 阀,当 蓄能器压 力达到设定压力后 ,自动卸荷 阀打开 ,同时油泵 停止工作 。系统压力由蓄能器维持 ,从而实现 了绿色环保 的要求。 4 整体爬升钢平台模板装备的施工 4 . 1标准段施工流程 整体爬升钢平台模板装备在核心筒施工过程中作为模 板工程的施工装备和操作平台,为模板工程施工提供了条 件。其剖面如图7 所示。核心筒标; 隹 段施工时 ,每完成1 段 标准段施工,钢平 台爬升1次。本工程核心筒在5 - 3 3 层、 3 7 6 4 层属于标准层,层高4 5 0 0 mm,其施工流程如下 图7整体钢平台剖面示意 a 整体爬升钢平台模板装备处于初始状态,平台位 I 2 0 1 4 。 1 Bun dmg Co n s t r uc t i o n l 4 9 于刚浇筑完成 的核心筒混凝土顶面。 L B ,- j- 混凝土处于养护 阶段,钢平台提升工作; 隹备就绪 b 油缸套与活塞杆交替提升2 0 0 mm,重复2 3次, 钢平台共提升4 5 0 0 mm,内筒架小液压油缸推动钢牛腿外 伸 ,使其搁置在核心筒墙体预留孔内; C 启动钢柱油缸并使活塞杆外伸一定行程,活络卡 进入格构柱孔后扳转爬升靴操作手柄,使其处于提升钢柱 状 态 d ; E b 缸套与活塞杆交替提升2 0 0 mm,重复2 3次, 反提升钢柱并使其底部停留在离楼面4 5 0 0 mm的位置 ; e吊装劲性柱g B B L 核 心筒钢筋 ,埋设牛腿预埋 件 f 提升钢框木模 ,安装模板穿墙对拉螺栓 ,钢柱 就位,用锚栓将钢柱与核心筒钢筋固定住 g浇筑混凝土 h . n C L 循环 ,钢平 台和钢柱通过油缸及爬升靴相 互交替提升 ,即可完成标准层劲性柱 吊装 、钢筋绑扎、混 凝土浇捣等工作。 施工流程如图8 所示。 {f ~ g h 图8标准层施工流 程 4 . 2穿越 桁架层施工方法 结构在3 4 ~3 6 层 、6 5~ 6 6 层分别设置了2道伸臂桁 架。由于内伸臂桁架需要埋设在核 心筒内 ,并且桁架层钢 构件体积巨大,超过 了平 台钢梁的最大间距 ,无法直接吊 装 ,所 以在穿越桁架层的施工 中,钢平台需要进行一定 的 分解,通过桁架层后再进行组合。桁架层钢结构包括下弦 杆、斜腹杆与上弦杆。下面以3 4 3 6 层桁架层 为例简要说 明钢平台通过桁架层的流程 a 钢平台和钢柱通过油缸及爬升靴相互交替爬升 , I 5 0{ 建筑施I 第3 6 卷 笫1 期 完成标准层劲性柱 吊装、绑扎钢筋、混凝土浇捣等工作 , 至核心筒3 1 层混凝土施工完成 ; b提升钢平台 ,牛腿搁置在3 0 层核心筒上 ,反提 钢柱后 吊装 、校正 、焊 接4个角部与下弦杆相 连的劲性 柱 ,完成3 2 层混凝土施工 C 提升钢平台 ,牛腿搁置在3 1 层核 心筒上 ,反提 钢柱后对钢平 台角部进行加强 ,分批拆除钢平台4个角部 部分钢梁 ,吊装 、校正 、焊接3 3 层4段带钢牛腿 的劲性 柱 d移 走部 分用于放 置钢柱 的连 系梁 , 吊装、校 正、焊接相对应的桁架层下弦杆H 型钢梁 ,焊接钢柱支座 锚栓 e 恢复连系梁后 B L 3 3 层钢筋,完成3 3 层混凝 土 施工 f提升钢平 台,以安装下弦杆同样 的方法安装斜 腹杆与上弦杆直至3 6 层混凝土工程完成 ,钢平 台穿越桁架 层施工结束。 5 结语 钢柱筒架交替支撑式整体爬升钢平台模板装备在施工 过程中继承了钢柱支撑式整体 自升钢平 台脚手模板 系统的 优点,在保证施工质量的同时,加快了施工速度。在此基 础上 ,采用了一种可重复使用的工具式钢格构柱代替传统 的埋入式格构柱 ,节约了工程造价 ,取得了良好的经济效 益。针对本工程混凝土核 心筒结构的特点 ,还发展出一系 列专项施工技术 ,解决了桁架层施工、外墙 收分等难题 , 为我国超高层建筑核心筒施工积累了丰富的经验。 0 0 0 0 [ 1 】范庆国, 龚剑. 金茂大厦主体结构施工 上 【 J ] .上海建设科技, 1 9 9 8 6 7 9 . [ 2 】 曾智宏, 薛永中 , 陈国成, 等. 上海世茂 国际广场核心筒自 升式钢平 台施工系统[ J ] . 建筑施工, 2 o o 5 8 l 6 2 0 . [ 3 ]龚剑, 李鹏, 扶新立 上海环球金融中心核心筒结构施工中格构柱 支 撑式整体自 升钢平台 脚手模板系 统施工技术I J I .建筑施工, 2 0 0 6 1 2 9 5 3 95 8 . 【 4 ]周虹, 龚剑, 李庆.上海环球金融中心主楼核心筒铜平台模板脚手 系统超高空转换施工技术[ J ] . 建筑施工, 2 0 0 8 5 3 8 6 3 8 9 . [ 5 ]林海, 龚剑,倪 杰寺. 整体提升钢平台系统在广州新电视塔核心筒 施工中的应用[ J 1 . 施工技术, 2 0 0 9 4 2 9 3 2 . [ 6 ]林锦胜, 吴欣之, 龚剑等广州新电视塔结构施工关键技术【 J I _ 建筑 施工. 2 0 0 9 1 1 9 3 5 - 9 3 7 . [ 7 ]扶新立. 广州新电视塔核心筒整体 自 升式钢平台安装施工技术Ⅲ. 建筑施工,2 0 0 9 8 6 5 6 6 5 9 . [ 8 ] 李鹏. 南京紫峰大厦整体 自 升式铜平台 脚手模板体系通过铜结构 桁架层的施工技术【 J 】 . 建筑施工, 2 0 0 8 8 6 7 1 6 7 3 . 一一 科 ⋯一 ㈩ 一
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